计算机图形学

目 录
第1章 计算机图形学综述
1.1 图和表
1.2 计算机辅助设计
1.3 虚拟现实环境
1.4 数据可视化
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目 录
第1章 计算机图形学综述
1.1 图和表
1.2 计算机辅助设计
1.3 虚拟现实环境
1.4 数据可视化
1.5 教学与培训
1.6 计算机艺术
1.7 娱乐
1.8 图像处理
1.9 图形用户界面
1.10 小结
参考文献
第2章 计算机图形硬件
2.1 视频显示设备
2.1.1 刷新式CRT
2.1.2 光栅扫描显示器
2.1.3 随机扫描显示器
2.1.4 彩色CRT监视器
2.1.5 平板显示器
2.1.6 三维观察设备
2.1.7 立体感和虚拟现实系统
2.2 光栅扫描系统
2.2.1 视频控制器
2.2.2 光栅扫描显示处理器
2.3 图形工作站和观察系统
2.4 输入设备
2.4.1 键盘、 按键盒和旋钮
2.4.2 鼠标设备
2.4.3 跟踪球和空间球
2.4.4 操纵杆
2.4.5 数据手套
2.4.6 数字化仪
2.4.7 图像扫描仪
2.4.8 触摸板
2.4.9 光笔
2.4.10 语音系统
2.5 硬拷贝设备
2.6 图形网络
2.7 因特网上的图形
2.8 小结
参考文献
练习题
附加综合题
第3章 计算机图形软件
3.1 坐标表示
3.2 图形功能
3.3 软件标准
3.4 其他图形软件包
3.5 OpenGL简介
3.5.1 基本的OpenGL语法
3.5.2 相关库
3.5.3 头文件
3.5.4 使用GLUT进行显示窗口管理
3.5.5 一个完整的OpenGL程序
3.5.6 OpenGL的出错处理
3.6 小结
参考文献
练习题
附加综合题
第4章 输出图元
4.1 坐标系统
4.1.1 屏幕坐标
4.1.2 绝对和相对坐标描述
4.2 OpenGL中指定二维世界坐标系统
4.3 OpenGL画点函数
4.4 OpenGL画线函数
4.5 OpenGL曲线函数
4.6 填充区图元
4.7 多边形填充区
4.7.1 多边形分类
4.7.2 识别凹多边形
4.7.3 分割凹多边形
4.7.4 将凸多边形分割成三角形集
4.7.5 内-外测试
4.7.6 多边形表
4.7.7 平面方程
4.7.8 前向面与后向面
4.8 OpenGL多边形填充区函数
4.9 OpenGL顶点数组
4.10 像素阵列图元
4.11 OpenGL像素阵列函数
4.11.1 OpenGL位图函数
4.11.2 OpenGL像素图函数
4.11.3 OpenGL光栅操作
4.12 字符图元
4.13 OpenGL字符函数
4.14 图形分割
4.15 OpenGL显示表
4.15.1 创建和命名OpenGL显示表
4.15.2 执行OpenGL显示表
4.15.3 删除OpenGL显示表
4.16 OpenGL显示窗口重定形函数
4.17 小结
示例程序
参考文献
练习题
附加综合题
第5章 图元的属性
5.1 OpenGL状态变量
5.2 颜色和灰度
5.2.1 RGB颜色分量
5.2.2 颜色表
5.2.3 灰度
5.2.4 其他颜色参数
5.3 OpenGL颜色函数
5.3.1 OpenGL的RGB和RGBA颜色模型
5.3.2 OpenGL 颜色索引模式
5.3.3 OpenGL颜色调和
5.3.4 OpenGL颜色数组
5.3.5 其他OpenGL颜色函数
5.4 点的属性
5.5 OpenGL点属性函数
5.6 线的属性
5.6.1 线宽
5.6.2 线型
5.6.3 画笔或画刷的选择
5.7 OpenGL线属性函数
5.7.1 OpenGL线宽函数
5.7.2 OpenGL线型函数
5.7.3 其他OpenGL线效果
5.8 曲线属性
5.9 填充区属性
5.9.1 填充模式
5.9.2 颜色调和填充区域
5.10 OpenGL填充区属性函数
5.10.1 OpenGL填充图案函数
5.10.2 OpenGL纹理和插值图案
5.10.3 OpenGL线框图方法
5.10.4 OpenGL前向面函数
5.11 字符属性
5.12 OpenGL字符属性函数
5.13 OpenGL反走样函数
5.14 OpenGL询问函数
5.15 OpenGL属性组
5.16 小结
参考文献
练习题
附加综合题
第6章 实现图元及属性的算法
6.1 画线算法
6.1.1 直线方程
6.1.2 DDA算法
6.1.3 Bresenham画线算法
6.1.4 显示折线
6.2 并行画线算法
6.3 帧缓存值的装载
6.4 圆生成算法
6.4.1 圆的特性
6.4.2 中点圆算法
6.5 椭圆生成算法
6.5.1 椭圆的特征
6.5.2 中点椭圆算法
6.6 其他曲线
6.6.1 圆锥剖切线
6.6.2 多项式和样条曲线
6.7 并行曲线算法
6.8 像素编址和对象的几何要素
6.8.1 屏幕网格坐标
6.8.2 保持显示对象的几何特性
6.9 直线段和曲线属性的实现
6.9.1 线宽
6.9.2 线型
6.9.3 画笔或画刷的选项
6.9.4 曲线属性
6.10 通用扫描线填充算法
6.11 凸多边形的扫描线填充
6.12 曲线边界区域的扫描线填充
6.13 不规则边界区域的填充方法
6.13.1 边界填充算法
6.13.2 泛滥填充算法
6.14 填充模式的实现方法
6.14.1 填充模式
6.14.2 颜色调和填充区域
6.15 反走样的实现方法
6.15.1 直线段的过取样
6.15.2 子像素的加权掩模
6.15.3 直线段的区域取样
6.15.4 过滤技术
6.15.5 像素移相
6.15.6 直线亮度差的校正
6.15.7 区域边界的反走样
6.16 小结
参考文献
练习题
附加综合题
第7章 二维几何变换
7.1 基本的二维几何变换
7.1.1 二维平移
7.1.2 二维旋转
7.1.3 二维缩放
7.2 矩阵表示和齐次坐标
7.2.1 齐次坐标
7.2.2 二维平移矩阵
7.2.3 二维旋转矩阵
7.2.4 二维缩放矩阵
7.3 逆变换
7.4 二维复合变换
7.4.1 复合二维平移
7.4.2 复合二维旋转
7.4.3 复合二维缩放
7.4.4 通用二维基准点旋转
7.4.5 通用二维基准点缩放
7.4.6 通用二维定向缩放
7.4.7 矩阵合并特性
7.4.8 通用二维复合变换和计算效率
7.4.9 二维刚体变换
7.4.10 构造二维旋转矩阵
7.4.11 二维复合矩阵编程例
7.5 其他二维变换
7.5.1 反射
7.5.2 错切
7.6 几何变换的光栅方法
7.7 OpenGL光栅变换
7.8 二维坐标系间的变换
7.9 OpenGL二维几何变换函数
7.9.1 基本的OpenGL几何变换
7.9.2 OpenGL矩阵操作
7.10 OpenGL几何变换编程示例
7.11 小结
参考文献
练习题
附加综合题
第8章 二维观察
8.1 二维观察流水线
8.2 裁剪窗口
8.2.1 观察坐标系裁剪窗口
8.2.2 世界坐标系裁剪窗口
8.3 规范化和视口变换
8.3.1 裁剪窗口到规范化视口的映射
8.3.2 裁剪窗口到规范化正方形的映射
8.3.3 字符串的显示
8.3.4 分画面效果和多输出设备
8.4 OpenGL二维观察函数
8.4.1 OpenGL投影模式
8.4.2 GLU裁剪窗口函数
8.4.3 OpenGL视口函数
8.4.4 建立GLUT显示窗口
8.4.5 设定GLUT显示窗口的模式和颜色
8.4.6 GLUT显示窗口标识
8.4.7 删除GLUT显示窗口
8.4.8 当前GLUT显示窗口
8.4.9 修改GLUT显示窗口的位置和大小
8.4.10 管理多个GLUT显示窗口
8.4.11 GLUT子窗口
8.4.12 显示窗口屏幕光标形状的选择
8.4.13 在GLUT显示窗口中观察图形对象
8.4.14 执行应用程序
8.4.15 其他GLUT函数
8.4.16 OpenGL的二维观察程序例
8.5 裁剪算法
8.6 二维点裁剪
8.7 二维线裁剪
8.7.1 Cohen-Sutherland线段裁剪算法
8.7.2 梁友栋-Barsky线段裁剪算法
8.7.3 Nicholl-Lee-Nicholl线段裁剪算法
8.7.4 非矩形多边形裁剪窗口的线段裁剪
8.7.5 非线性裁剪窗口边界的线裁剪
8.8 多边形填充区裁剪
8.8.1 Sutherland-Hodgman多边形裁剪
8.8.2 Weiler-Atherton多边形裁剪
8.8.3 非矩形的多边形窗口的多边形裁剪
8.8.4 非线性裁剪窗口边界的多边形裁剪
8.9 曲线的裁剪
8.10 文字的裁剪
8.11 小结
参考文献
练习题
附加综合题
第9章 三维几何变换
9.1 三维平移
9.2 三维旋转
9.2.1 三维坐标轴旋转
9.2.2 一般三维旋转
9.2.3 三维旋转的四元数方法
9.3 三维缩放
9.4 三维复合变换
9.5 其他三维变换
9.5.1 三维反射
9.5.2 三维错切
9.6 三维坐标系间的变换
9.7 仿射变换
9.8 OpenGL几何变换函数
9.8.1 OpenGL矩阵栈
9.9 OpenGL几何变换编程例
9.10 小结
参考文献
练习题
附加综合题
第10章 三维观察
10.1 三维观察概念综述
10.1.1 三维场景观察
10.1.2 投影
10.1.3 深度提示
10.1.4 可见线和可见面的判定
10.1.5 面绘制
10.1.6 拆散和剖切面视图
10.1.7 三维和立体视图
10.2 三维观察流水线
10.3 三维观察坐标系参数
10.3.1 观察平面法向量
10.3.2 观察向上向量
10.3.3 uvn观察坐标系
10.3.4 生成三维观察效果
10.4 世界坐标系到观察坐标系的变换
10.5 投影变换
10.6 正投影
10.6.1 轴测和等轴测正投影
10.6.2 正投影坐标系
10.6.3 裁剪窗口和正投影观察体
10.6.4 正投影的规范化变换
10.7 斜投影
10.7.1 绘图和设计中的斜平行投影
10.7.2 斜等测和斜二测斜平行投影
10.7.3 斜平行投影向量
10.7.4 裁剪窗口和斜平行投影观察体
10.7.5 斜平行投影变换矩阵
10.7.6 斜平行投影的规范化变换
10.8 透视投影
10.8.1 透视投影变换坐标系
10.8.2 透视投影公式： 特殊情况
10.8.3 透视投影的灭点
10.8.4 透视投影观察体
10.8.5 透视投影变换矩阵
10.8.6 对称的透视投影锥体
10.8.7 斜透视投影棱台
10.8.8 规范化透视投影变换坐标
10.9 视口变换和三维屏幕坐标系
10.10 OpenGL三维观察函数
10.10.1 OpenGL观察变换函数
10.10.2 OpenGL正交投影函数
10.10.3 OpenGL对称透视投影棱台
10.10.4 OpenGL通用透视投影函数
10.10.5 OpenGL视口和显示窗口
10.10.6 OpenGL三维观察程序示例
10.11 三维裁剪算法
10.11.1 三维齐次坐标系中的裁剪
10.11.2 三维区域码
10.11.3 三维点和线的裁剪
10.11.4 三维多边形裁剪
10.11.5 三维曲面裁剪
10.11.6 任意裁剪平面
10.12 OpenGL任选裁剪平面
10.13 小结
参考文献
练习题
附加综合题
第11章 层次建模
11.1 基本建模概念
11.1.1 系统表示
11.1.2 符号层次
11.2 建模软件包
11.3 通用层次建模方法
11.3.1 局部坐标
11.3.2 建模变换
11.3.3 创建层次结构
11.4 使用OpenGL显示列表的层次建模
11.5 小结
参考文献
练习题
附加综合题
第12章 计算机动画
12.1 计算机动画的光栅方法
12.1.1 双缓存
12.1.2 用光栅操作生成动画
12.2 动画序列的设计
12.3 传统动画技术
12.4 通用计算机动画功能
12.5 计算机动画语言
12.6 关键帧系统
12.6.1 变形
12.6.2 模拟加速度
12.7 运动的描述
12.7.1 直接运动描述
12.7.2 目标导向系统
12.7.3 运动学和动力学
12.8 角色动画
12.8.1 关节链形体动画
12.8.2 运动捕捉
12.9 周期性运动
12.10 OpenGL动画子程序
12.11 小结
参考文献
练习题
附加综合题
第13章 三维对象的表示
13.1 多面体
13.2 OpenGL多面体函数
13.2.1 OpenGL多边形填充函数
13.2.2 GLUT规则多面体函数
13.2.3 GLUT多面体程序示例
13.3 曲面
13.4 二次曲面
13.4.1 球面
13.4.2 椭球面
13.4.3 环面
13.5 超二次曲面
13.5.1 超椭圆
13.5.2 超椭球面
13.6 OpenGL二次曲面和三次曲面函数
13.6.1 GLUT二次曲面函数
13.6.2 OpenGL三次曲面茶壶函数
13.6.3 GLU二次曲面函数
13.6.4 使用GLUT和GLU二次曲面函数的程序示例
13.7 小结
参考文献
练习题
附加综合题
第14章 样条表示
14.1 插值和逼近样条
14.2 参数连续性条件
14.3 几何连续性条件
14.4 样条描述
14.5 样条曲面
14.6 修剪样条曲面
14.7 三次样条插值方法
14.7.1 自然三次样条
14.7.2 Hermite插值
14.7.3 Cardinal样条
14.7.4 Kochanek-Bartels样条
14.8 Bézier样条曲线
14.8.1 Bézier曲线公式
14.8.2 Bézier曲线生成程序示例
14.8.3 Bézier曲线的特性
14.8.4 使用Bézier曲线的设计技术
14.8.5 三次Bézier曲线
14.9 Bézier曲面
14.10 B样条曲线
14.10.1 B样条曲线公式
14.10.2 均匀周期性B样条曲线
14.10.3 三次周期性B样条曲线
14.10.4 开放均匀的B样条曲线
14.10.5 非均匀B样条曲线
14.11 B样条曲面
14.12 Beta样条
14.12.1 Beta样条连续性条件
14.12.2 三次周期性Beta样条曲线的矩阵表示
14.13 有理样条
14.14 样条表示之间的转换
14.15 样条曲线和曲面的显示
14.15.1 Horner规则
14.15.2 向前差分计算
14.15.3 细分方法
14.16 OpenGL的逼近样条函数
14.16.1 OpenGL的Bézier样条曲线函数
14.16.2 OpenGL的Bézier样条曲面函数
14.16.3 GLU的B样条曲线函数
14.16.4 GLU的B样条曲面函数
14.16.5 GLU曲面修剪函数
14.17 小结
参考文献
练习题
附加综合题
第15章 其他三维对象的表示
15.1 柔性对象
15.2 扫描表示法
15.3 结构实体几何法
15.4 八叉树
15.5 BSP树
15.6 基于物理的方法
15.7 小结
参考文献
练习题
附加综合题
第16章 可见面判别算法
16.1 可见面判别算法的分类
16.2 后向面判别
16.3 深度缓存算法
16.4 A缓存算法
16.5 扫描线算法
16.6 深度排序算法
16.7 BSP树算法
16.8 区域细分算法
16.9 八叉树算法
16.10 光线投射算法
16.11 可见性检测算法的比较
16.12 曲面
16.12.1 曲面表示
16.12.2 曲面的层位线显示
16.13 线框图可见性算法
16.13.1 线框面可见性算法
16.13.2 线框图深度提示算法
16.14 OpenGL可见性检查函数
16.14.1 OpenGL多边形剔除函数
16.14.2 OpenGL深度缓存函数
16.14.3 OpenGL线框面可见性方法
16.14.4 OpenGL深度提示函数
16.15 小结
参考文献
练习题
附加综合题
第17章 光照模型与面绘制算法
17.1 光源
17.1.1 点光源
17.1.2 无穷远光源
17.1.3 辐射强度衰减
17.1.4 方向光源和投射效果
17.1.5 角强度衰减
17.1.6 扩展光源和Warn模型
17.2 表面光照效果
17.3 基本光照模型
17.3.1 环境光
17.3.2 漫反射
17.3.3 镜面反射和Phong模型
17.3.4 漫反射和镜面反射的合并
17.3.5 多光源的漫反射和镜面反射
17.3.6 表面的光发射
17.3.7 考虑强度衰减和高光的基本光照模型
17.3.8 RGB颜色考虑
17.3.9 其他颜色表示
17.3.10 亮度
17.4 透明表面
17.4.1 半透明材料
17.4.2 光折射
17.4.3 基本的透明模型
17.5 雾气效果
17.6 阴影
17.7 照相机参数
17.8 光强度显示
17.8.1 分配系统强度等级
17.8.2 gamma校正与视频查找表
17.8.3 显示连续色调的图像
17.9 半色调模式和抖动技术
17.9.1 半色调近似
17.9.2 抖动技术
17.10 多边形绘制算法
17.10.1 恒定强度的明暗处理
17.10.2 Gouraud明暗处理
17.10.3 Phong明暗处理
17.10.4 快速Phong明暗处理
17.11 OpenGL光照和表面绘制函数
17.11.1 OpenGL点光源函数
17.11.2 指定一个OpenGL光源位置和类型
17.11.3 指定OpenGL光源颜色
17.11.4 指定OpenGL光源的辐射强度衰减系数
17.11.5 OpenGL方向光源(投射光源)
17.11.6 OpenGL全局光照参数
17.11.7 OpenGL表面特性函数
17.11.8 OpenGL光照模型
17.11.9 OpenGL雾气效果
17.11.10 OpenGL透明性函数
17.11.11 OpenGL表面绘制函数
17.11.12 OpenGL半色调操作
17.12 小结
参考文献
练习题
附加综合题
第18章 纹理与表面细节添加方法
18.1 用多边形模拟表面细节
18.2 纹理映射
18.2.1 线性纹理图案
18.2.2 表面纹理图案
18.2.3 体纹理图案
18.2.4 纹理缩减图案
18.2.5 过程式纹理映射方法
18.3 凹凸映射
18.4 帧映射
18.5 OpenGL纹理函数
18.5.1 OpenGL线纹理函数
18.5.2 OpenGL表面纹理函数
18.5.3 OpenGL体纹理函数
18.5.4 OpenGL纹理图案的颜色选项
18.5.5 OpenGL纹理映射选项
18.5.6 OpenGL纹理环绕
18.5.7 复制帧缓存中的OpenGL纹理图案
18.5.8 OpenGL纹理坐标数组
18.5.9 OpenGL纹理图案命名
18.5.10 OpenGL纹理子图案
18.5.11 OpenGL纹理缩减图案
18.5.12 OpenGL纹理边界
18.5.13 OpenGL代理纹理
18.5.14 二次曲面的自动纹理映射
18.5.15 齐次纹理坐标
18.5.16 其他的OpenGL纹理选项
18.6 小结
参考文献
练习题
附加综合题
第19章 颜色模型和颜色应用
19.1 光的特性
19.1.1 电磁频谱
19.1.2 颜色的心理学特征
19.2 颜色模型
19.2.1 基色
19.2.2 直观的颜色概念
19.3 标准基色和色度图
19.3.1 XYZ颜色模型
19.3.2 规范化的XYZ值
19.3.3 CIE色度图
19.3.4 颜色范围
19.3.5 互补色
19.3.6 主波长
19.3.7 纯度
19.4 RGB颜色模型
19.5 YIQ颜色模型
19.5.1 YIQ参数
19.5.2 RGB颜色空间和YIQ颜色空间之间的转换
19.5.3 YUV和YCrCb系统
19.6 CMY和CMYK颜色模型
19.6.1 CMY参数
19.6.2 CMY颜色空间和RGB颜色空间之间的转换
19.7 HSV颜色模型
19.7.1 HSV参数
19.7.2 选择明暗、 色泽和色调
19.7.3 HSV和RGB模型之间的转换
19.8 HLS颜色模型
19.9 颜色选择及其应用
19.10 小结
参考文献
练习题
附加综合题
第20章 图形用户界面和交互输入方法
20.1 图形数据的输入
20.2 输入设备的逻辑分类
20.2.1 定位设备
20.2.2 笔划设备
20.2.3 字符串设备
20.2.4 定值设备
20.2.5 选择设备
20.2.6 拾取设备
20.3 图形数据的输入功能
20.3.1 输入模式
20.3.2 回显反馈
20.3.3 回调函数
20.4 交互式构图技术
20.4.1 基本的定位方法
20.4.2 拖曳
20.4.3 约束
20.4.4 网格
20.4.5 橡皮条方法
20.4.6 引力场
20.4.7 交互式绘画方法
20.5 虚拟现实环境
20.6 OpenGL支持交互式输入设备的函数
20.6.1 GLUT鼠标函数
20.6.2 GLUT键盘函数
20.6.3 GLUT数据板函数
20.6.4 GLUT空间球函数
20.6.5 GLUT按钮盒函数
20.6.6 GLUT拨号盘函数
20.6.7 OpenGL拾取操作
20.7 OpenGL的菜单功能
20.7.1 创建GLUT菜单
20.7.2 创建和管理多个GLUT菜单
20.7.3 创建GLUT子菜单
20.7.4 修改GLUT菜单
20.8 图形用户界面的设计
20.8.1 用户对话
20.8.2 窗口和图符
20.8.3 适应多种熟练程度的用户
20.8.4 一致性
20.8.5 减少记忆量
20.8.6 回退和出错处理
20.8.7 反馈
20.9 小结
参考文献
练习题
附加综合题
第21章 全局光照
21.1 光线跟踪方法
21.1.1 基本光线跟踪算法
21.1.2 光线与对象表面的求交计算
21.1.3 光线-球面求交
21.1.4 光线-多面体求交
21.1.5 减少对象求交计算量
21.1.6 空间分割方法
21.1.7 模拟照相机的聚焦效果
21.1.8 光线跟踪反走样
21.1.9 分布式光线跟踪
21.2 辐射度光照模型
21.2.1 辐射能术语
21.2.2 基本辐射度模型
21.2.3 逐步求精的辐射度方法
21.3 环境映射
21.4 光子映射
21.5 小结
参考文献
练习题
附加综合题
第22章 可编程着色器
22.1 着色语言的发展历史
22.1.1 Cook着色树
22.1.2 Perlin像素流编辑器
22.1.3 RenderMan
22.2 OpenGL渲染流水线
22.2.1 固定功能流水线
22.2.2 改变流水线结构
22.2.3 顶点着色器
22.2.4 片元着色器
22.2.5 几何着色器
22.2.6 曲面细分着色器
22.3 OpenGL着色语言
22.3.1 着色器结构
22.3.2 在OpenGL中使用着色器
22.3.3 基本数据类型
22.3.4 矢量
22.3.5 矩阵
22.3.6 结构和数组
22.3.7 控制结构
22.3.8 GLSL函数
22.3.9 与OpenGL的通信
22.4 着色器效果
22.4.1 一个Phong着色器
22.4.2 纹理映射
22.4.3 凹凸映射
22.5 小结
参考文献
练习题
附加综合题
第23章 基于算法的建模
23.1 分形几何方法
23.1.1 分形生成过程
23.1.2 分形分类
23.1.3 分形的维数
23.1.4 确定性自相似分形几何构造
23.1.5 统计自相似分形的几何构造
23.1.6 仿射分形构造方法
23.1.7 随机中点位移方法
23.1.8 地面图控制
23.1.9 自平方分形
23.1.10 自逆分形
23.2 粒子系统
23.3 形状语法和其他过程方法
23.4 小结
参考文献
练习题
附加综合题
第24章 数据集可视化
24.1 标量场的可视化表示
24.2 向量场的可视表示
24.3 张量场的可视表示
24.4 多变量数据场的可视表示
24.5 小结
参考文献
练习题
附加综合题
附录A 计算机图形学的数学基础
附录B 图形文件格式
附录C OpenGL的世界
参考文献
索引
· · · · · · (收起)